CN103317217B - 铜镍合金管焊接气孔控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种铜镍合金管焊接气孔控制方法，包括：进行铜镍合金管焊接气孔预制试验；分析所述预制试验的结果，确定焊接气孔产生的原因；根据所述焊接气孔产生的原因，采用相应的焊接气孔控制技术对铜镍合金管进行焊接以避免焊接气孔。本发明能够消除铜镍合金管焊接气孔，保证焊缝质量。

Description

铜镍合金管焊接气孔控制方法

技术领域

本发明涉及焊接技术，尤其涉及一种铜镍合金管焊接气孔控制方法。

背景技术

铜镍合金管具有良好的机械性能和抗海水腐蚀性能，因而广泛应用于船舶海水冷却管系和海洋石油钻井平台管系中。铜镍合金管的应用既可减小管壁厚度、保证管子质量，又可延长其使用寿命。但铜镍合金管热膨胀系数和导电率远高于碳钢及低合金钢，焊接难度大、焊接时易产生气孔、氧化等缺陷，焊后要求进行X射线检测。

公开号为CN102091852的中国专利文献中公开了一种铜镍合金管的焊接工艺，实现单面焊双面成形，提高了焊缝抗热裂性能及接头处的机械性能。然而在实际生产中，铜镍合金管焊接的主要问题是易出现焊接气孔，而且导致气孔产生的因素较多，因此焊接气孔较难控制。

为了保证焊缝质量，消除铜镍管焊接气孔，需查一种新的焊接气孔控制方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种铜镍合金管焊接气孔控制方法，能够消除铜镍合金管焊接气孔，保证焊缝质量。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种铜镍合金管焊接气孔控制方法，包括：

进行铜镍合金管焊接气孔预制试验；

分析所述预制试验的结果，确定焊接气孔产生的原因；

根据所述焊接气孔产生的原因，采用相应的焊接气孔控制技术对铜镍合金管进行焊接以避免焊接气孔。

根据本发明的一个实施例，所述焊接气孔产生的原因包括：焊前清理方式、保护气体纯度、焊丝、坡口形式及焊接方式以及密封保护及焊接方式。

根据本发明的一个实施例，所述预制试验包括：

第一组试验：保护气体为纯度大于等于99.99%的氩气，表面不清理，采用不填丝、表面重熔的焊接方式焊接多道焊缝；

第二组试验：保护气体为纯度大于等于99.99%的氩气，表面清理，采用不填丝、表面重熔的焊接方式焊接多道焊缝；

第三组试验：保护气体为纯度大于等于99.999%的氩气，表面清理，采用不填丝、表面重熔的焊接方式焊接多道焊缝；

第四组试验：保护气体为纯度大于等于99.999%的氩气，表面清理，采用填丝、表面重熔的焊接方式焊接多道焊缝；

第五组试验：保护气体为纯度大于等于99.999%的氩气，坡口处清理，采用不填丝、坡口处重熔的焊接方式焊接多道焊缝；

第六组试验：保护气体为纯度大于等于99.999%的氩气，坡口处清理，采用填丝钨极惰性气体保护焊（GTAW）的焊接方式填满焊接接头。

根据本发明的一个实施例，根据所述焊接气孔产生的原因，采用相应的焊接气孔控制技术对铜镍合金管进行焊接包括：如果所述焊接气孔产生的原因是保护气体纯度，则采用纯度大于等于99.999%的氩气作为保护气体进行焊接。

根据本发明的一个实施例，根据所述焊接气孔产生的原因，采用相应的焊接气孔控制技术对铜镍合金管进行焊接包括：

如果所述焊接气孔产生的原因是密封保护不良，则在焊接接头两侧的铜镍合金管内设置密封罩，并在焊接前用密封带将所述焊接接头密封以形成保护气室；

向所述保护气室通入保护气体以将所述保护气室内的空气排净；

对所述焊接接头进行焊接，边焊接边揭开所述密封带。

根据本发明的一个实施例，所述密封罩为中间夹有海绵的薄钢板或胶合板圆盘，所述密封罩上具有Ф5-8mm圆孔。

根据本发明的一个实施例，所述密封罩设置在距离所述焊接接头300-400mm处。

根据本发明的一个实施例，在所述保护气室内的空气排净前，向所述保护气室通入保护气体的流量为20-25L/min；在所述保护气室内的空气排净后，向所述保护气室通入保护气体的流量为10-15L/min。

根据本发明的一个实施例，对所述焊接接头进行焊接时，采用直径大于等于Ф11mm的喷嘴。

根据本发明的一个实施例，采用相应的焊接气孔控制技术对铜镍合金管进行焊接时所采用的焊接参数为：焊接方法为钨极惰性气体保护焊，焊丝直径为2mm，极性为直流正接，电流为90-120A，电压为10-12V，焊接速度为30-60mm/min，保护气体的流量为10-15L/min。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明实施例的铜镍合金管焊接方法中，首先进行焊接气孔预制试验来确定焊接气孔的原因，之后针对焊接气孔产生的原因，采用相应的焊接气孔控制技术对铜镍合金管进行焊接，有效地消除了焊接气孔，保证了焊接质量。

进一步地，本发明实施例设计了优化的焊接气孔预制试验，可以高效地确定气孔产生的原因，从而在正式焊接时可以有针对性地采用相应的焊接气孔控制技术。

此外，本发明实施例针对不同的焊接气孔产生原因，提供了优选的焊接气孔控制技术，能够有针对性地消除焊接气孔，保证焊接质量。

附图说明

图1是本发明实施例的铜镍合金管焊接方法的流程示意图；

图2是本发明实施例的铜镍合金管焊接方法中铜镍合金管焊接前的装配结构示意图；

图3是本发明实施例的铜镍合金管焊接方法中铜镍合金管的密封结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

参考图1，本实施例的铜镍合金管焊接方法包括：

步骤S11，进行铜镍合金管焊接气孔预制试验；

步骤S12，分析所述预制试验的结果，确定焊接气孔产生的原因；

步骤S13，根据所述焊接气孔产生的原因，采用相应的焊接气孔控制技术对铜镍合金管进行焊接以避免焊接气孔。

本实施例设计了优选的焊接气孔预制试验，如表1所示：

表1铜镍合金管焊接气孔预制试验

通过对比第1组和第2组，可以排除焊前清理对焊接气孔的影响；对比第2组和第3组，可以排除保护气体纯度对焊接气孔的影响；对比第3组和第4组，可以排除焊丝对焊接气孔的影响；对比第3组和第5组，可以排除坡口形式及焊接方式对焊接气孔的影响；对比第4组和第6组可以排除密封保护及焊接方式对焊接气孔的影响。也即，采用表1所示的预制试验，通过对试验结果的分析，可以快速、高效地确定焊接气孔的产生原因。

在铜镍合金管焊接气孔预制试验之后，可以确定焊接气孔产生的主要原因，在此基础上，可以采用相应的焊接气孔控制技术来进行实际的焊接，以避免焊接气孔。

如果焊接气孔产生的原因是保护气体纯度的问题，则可以采用纯度大于等于99.999%的氩气作为保护气体进行焊接，例如将纯度大于等于99.99%的纯氩气更换为纯度大于等于99.999%的高纯氩气。

如果焊接气孔产生的原因是密封保护的问题，则可以针对密封装置、密封方式、通气方式、焊嘴尺寸等中的一个或多个方面进行改进。进一步而言，可以在焊接接头两侧的铜镍合金管内设置密封罩，并用密封带将焊接接头处密封，从而在焊接接头两侧的铜镍合金管内形成保护气室。在焊接之前，可以首先在该保护气室中通入保护气体，将其中的空气排净，之后可以对焊接接头进行焊接，具体可以边焊接边揭开该密封带。

在一实例中，选用的密封罩可以是中间夹有海绵的薄钢板或胶合板制作的圆盘，其上可以留有圆孔，例如Ф5-8mm圆孔。参考图3，可以在焊接接头两侧的铜镍合金管21和铜镍合金管22内分别设置密封罩23和密封罩24，并采用密封带27将焊接接头密封，从而形成保护气室30。优选地，密封罩23和密封罩24可以设置在距离焊接接头300-400mm处。其中，密封罩23上的圆孔可以作为进气孔25，而密封罩24上的圆孔可以作为出气孔26。在焊接之前，可以通过进气孔25向保护气室30中通入保护气体，例如氩气，其纯度可以根据先前焊接气孔预制试验的结果来确定，例如试验结果如果表明焊接气孔的原因是保护气体纯度问题，则可以选用纯度为99.999%以上的氩气。在焊接之前，通入保护气体的流量为20-25L/min，并保持一段时间，待保护气室30内的空气排净，将进气孔25的气体流量调小至10-15L/min。排净空气后可以开始焊接，焊接可以采用大型号的喷嘴，以增加气体保护效果，喷嘴直径优选为大于等于Ф11mm。

在预制试验之后的实际焊接过程中，可以采用如下焊接技巧：可以在焊前进行坡口打磨和清理，例如用丙酮清洗焊丝和坡口；定位焊点可以焊于近表面处；起弧时，焊嘴提前送气保护，熄弧时，停留2-3秒，再移开焊枪；采用小幅摆动，压低电弧方式焊接；边焊边揭开密封带，每次揭开长度30-40mm；定位焊、起弧、熄弧处打磨干净，并用丙酮清洗。

需要说明的是，在焊接气孔预制试验中，如果确定的气孔产生原因是一种，那么可以根据该原因采用相应的焊接气孔控制技术；如果确定的气孔产生原因是多种，那么可以同时采用多种对应的焊接气孔控制技术，例如可以同时采用高纯度的氩气，并对焊接接头两侧的铜镍合金管进行密封。

下面采用一个具体的实例进行详细说明。

选用的铜镍合金管材料为CuNi90/10，管子规格为Ф329.6mm×4mm，焊接采用钨极惰性气体保护焊（GTAW），直流正接，焊前不需预热。根据如表1所示的铜镍合金管焊接气孔预制试验方案，通过对比确定焊接气孔产生原因。

参考图2，在焊接前对要焊接的铜镍合金管21和铜镍合金管22进行装配，铜镍合金管22和23的厚度T=4mm，焊接接头的间距R=0-3mm，坡口底部距离铜镍合金管内壁的距离f=1-2mm，焊接接头两侧坡口的夹角α=60°。焊接前可以将坡口及周围20-50mm范围内用不锈钢刷清理干净。

在焊接之前，可以采用图3所示的密封方式，用密封罩23、24以及密封带27对铜镍合金管21、22及其对接处密封。

根据先前铜镍合金管焊接气孔预制试验确定的原因，结合焊接气孔控制技术，避免焊接气孔的产生，具体包括：

（1）若焊接保护气体原因造成焊接气孔，可将保护气体换为纯度≥99.999%高纯氩气；

（2）若焊丝的原因造成焊接气孔，则更换焊丝；

（3）若密封保护不良造成气孔，则可以采用上述的密封方式形成保护气室，向保护气室内部通入氩气流量为20-25L/min，并保持15-20min，待管内空气排净，将氩气流量调小至10-15L/min。

综合上述焊前的控制措施，并在焊接过程中注意焊接技巧控制，焊接参数如表2所示：

表2焊接参数

在焊接过程中，还可以采用如下焊接技巧：

（1）焊前用丙酮清洗焊丝和坡口；

（2）焊接时采用小幅摆动，压低电弧方式焊接；

（3）定位焊点焊于近表面处，焊前将其打磨至金属光泽；

（4）起弧时，焊嘴提前送气保护，熄弧时，停留2-3秒，再移开焊枪，焊接中密封带边焊边揭开，揭开长度30-40mm，保证管子内部保护气室的保护效果；

（5）定位焊、起弧、熄弧处极易出现焊接气孔，每次焊接至定位焊、起弧处、熄弧处时，应将其打磨干净，并用丙酮清洗。

通过上述焊接气孔预制试验并结合焊接气孔控制技术，有效解决了焊接气孔的问题，铜镍合金管焊后焊缝满足国际标准要求，拍片检查合格，无气孔。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种铜镍合金管焊接气孔控制方法，其特征在于，包括：

进行铜镍合金管焊接气孔预制试验；

分析所述预制试验的结果，确定焊接气孔产生的原因；

根据所述焊接气孔产生的原因，采用相应的焊接气孔控制技术对铜镍合金管进行焊接以避免焊接气孔；

其中，所述焊接气孔产生的原因包括：焊前清理方式、保护气体纯度、焊丝、坡口形式及焊接方式以及密封保护及焊接方式；

所述预制试验包括：

第一组试验：保护气体为纯度大于等于99.99％的氩气，表面不清理，采用不填丝、表面重熔的焊接方式焊接多道焊缝；

第二组试验：保护气体为纯度大于等于99.99％的氩气，表面清理，采用不填丝、表面重熔的焊接方式焊接多道焊缝；

第三组试验：保护气体为纯度大于等于99.999％的氩气，表面清理，采用不填丝、表面重熔的焊接方式焊接多道焊缝；

第四组试验：保护气体为纯度大于等于99.999％的氩气，表面清理，采用填丝、表面重熔的焊接方式焊接多道焊缝；

第五组试验：保护气体为纯度大于等于99.999％的氩气，坡口处清理，采用不填丝、坡口处重熔的焊接方式焊接多道焊缝；

第六组试验：保护气体为纯度大于等于99.999％的氩气，坡口处清理，采用填丝钨极惰性气体保护焊的焊接方式填满焊接接头；

通过对比所述第一组试验和第二组试验，以排除焊前清理对焊接气孔的影响；对比所述第二组试验和第三组试验，以排除保护气体纯度对焊接气孔的影响；对比所述第三组试验和第四组试验，以排除焊丝对焊接气孔的影响；对比所述第三组试验和第五组试验，以排除坡口形式及焊接方式对焊接气孔的影响；对比所述第四组试验和第六组试验，以排除密封保护及焊接方式对焊接气孔的影响。

2.根据权利要求1所述的铜镍合金管焊接气孔控制方法，其特征在于，根据所述焊接气孔产生的原因，采用相应的焊接气孔控制技术对铜镍合金管进行焊接包括：如果所述焊接气孔产生的原因是保护气体纯度，则采用纯度大于等于99.999％的氩气作为保护气体进行焊接。

3.根据权利要求1所述的铜镍合金管焊接气孔控制方法，其特征在于，根据所述焊接气孔产生的原因，采用相应的焊接气孔控制技术对铜镍合金管进行焊接包括：

如果所述焊接气孔产生的原因是密封保护不良，则在焊接接头两侧的铜镍合金管内设置密封罩，并在焊接前用密封带将所述焊接接头密封以形成保护气室；

向所述保护气室通入保护气体以将所述保护气室内的空气排净；

对所述焊接接头进行焊接，边焊接边揭开所述密封带。

4.根据权利要求3所述的铜镍合金管焊接气孔控制方法，其特征在于，所述密封罩为中间夹有海绵的薄钢板或胶合板圆盘，所述密封罩上具有Ф5-8mm圆孔。

5.根据权利要求3所述的铜镍合金管焊接气孔控制方法，其特征在于，所述密封罩设置在距离所述焊接接头300-400mm处。

6.根据权利要求3所述的铜镍合金管焊接气孔控制方法，其特征在于，在所述保护气室内的空气排净前，向所述保护气室通入保护气体的流量为20-25L/min；在所述保护气室内的空气排净后，向所述保护气室通入保护气体的流量为10-15L/min。

7.根据权利要求3所述的铜镍合金管焊接气孔控制方法，其特征在于，对所述焊接接头进行焊接时，采用直径大于等于Ф11mm的喷嘴。

8.根据权利要求1所述的铜镍合金管焊接气孔控制方法，其特征在于，采用相应的焊接气孔控制技术对铜镍合金管进行焊接时所采用的焊接参数为：焊接方法为钨极惰性气体保护焊，焊丝直径为2mm，极性为直流正接，电流为90-120A，电压为10-12V，焊接速度为30-60mm/min，保护气体的流量为10-15L/min。